高強度ばね鋼の靭性と耐水素脆化特性に及ぼす残留オーステナイトの影響

本研究では、高強度ばね鋼の靭性と耐水素脆化特性に及ぼす残留オーステナイト（以下、γ_R）の影響を調査した。焼なましによりγ_Rを減少させた材料を用意し、未焼なまし材と比較した。未焼なまし材はγ_R 量が4~5vol%で、焼なまし材は1~2vol%であった。靭性はシャルピー衝撃試験によって評価し、耐水素脆化特性は腐食サイクル下の４点曲げ試験で評価した。その結果γRは靭性を向上させる一方で耐水素脆化特性を低下させることがわかった。また、未焼なまし材の水素脆化起点部はflat facetを形成していた。これは粒界に分布するγ_Rの加工誘起変態により水素脆化感受性が高まり、旧γ粒界もしくはパケット粒界に沿った粒界割れを誘発したことでflat facetが形成されたと考察した。懸架巻ばねにおいてはコイリングや焼なまし、SP等の製造工程によりγ_Rは減少すると考えられるため、良好な耐水素脆化特性を有しつつ、使用上十分な靭性を有することが示唆された。

In this study, the infuence of residual austenite（ γ_R） on fracture toughness and hydrogen embrittlement resistance of high-strength spring steels were investigated. Volume of γ_Rin the steel was decreased by annealing and compared with non-annealed steel. The volume ratio of γ_R was around 4～5vol% in non-annealed steel and 1～2vol% in annealed steel.Fracture toughness was investigated by Charpy impact test and hydrogen embrittlement resistance was investigated by four-point bending test under corrosion cycles. The results showed that increased γ_R improved fracture toughness but reduced hydrogen embrittlement resistance. A flat facet was observed at the hydrogen embrittled fracture origin of non-annealed steel. We considered that the flat facet was formed because deformation-induced martensite（ α’） that was transformed during delayed fracture test was plastically deformed due to enhancement dislocation mobility of hydrogen on {112} plane. Considering suspension springs, γ _Ris decreased by manufacturing processes such as coiling, annealing, and shot peening. Therefore, it is suggested that suspension springs have good hydrogen embrittlement resistance, and suffcient fracture toughness for practical use.

retained austenite, suspension spring, hydrogen embrittlement, fracture toughness, deformation-induced transformation